К 1984 – 1987 годам относятся формирование и испытания второго модернизированного поколения. Основными новинками в нем стали третий доработанный капотный вариант 3Э6315 со стандартной передней подвеской, с которой пока не удалось устранить вибрации в кабине и улучшить управляемость. Справиться с этими проблемами удалось только на четвертой модификации 4Э6315 образца 1987 года, получившей новую переднюю рессорную подвеску с гидроамортизаторами от четырехосной версии и объемную верхнюю откидную часть капота с двумя боковыми цилиндрическими воздушными фильтрами, что привело к появлению двухсекционной передней облицовки радиатора с пониженной линией разъема. При этом третий вариант седельного тягача 3Э6440 из состава активного автопоезда был соответственно преобразован в четвертый 4Э6440, также отличавшийся повышенным расположением капота и усиленной системой очистки забортного воздуха. Испытания он проходил в сцепе с двухосным 16-тонным полуприцепом ЧМЗАП-93861. В 1984 году появилась третья версия бескапотного шасси 3Э6316, которую в том же году преобразовали в вариант 4Э6316 с балансирной подвеской передних мостов, внешне отличавшийся повторителями указателей поворотов на боковинах кабины и отсутствием ручек на передней панели. В 1987 году на пятом исполнении 5Э6316 с новыми широкопрофильными шинами впервые был смонтирован дизельный двигатель ЯМЗ-8424 V8 с турбонаддувом, развивавший мощность 420 л.с. Его размеры оказались столь крупными, что он уже не умещался внутри кабины, а приподнимать ее над двигателем не позволяли транспортные габариты. Вскоре эта проблема привела к появлению новой компоновки машин серии 6316.
После подведения предварительных итогов долгих исследований и доработок, длительных и дальних испытаний Министерство обороны вновь приняло решение о модернизации и испытаниях всех автомобилей, которые составили последнее третье поколение образца 1987 – 1988 годов. При этом особое внимание уделялось наиболее совершенным и перспективным бескапотным автомобилям, а также приспособленности всех машин к работе с новыми видами прицепного состава, более широкому использованию серийных агрегатов и возможности эксплуатации в экстремальных условиях. По результатам государственных испытаний предполагалось окончательно решить вопрос о постановке их на серийное производство и принятии на вооружение. Первые восемь прототипов, в очередной раз модернизированных, появились в декабре 1987 года. Среди них были два образца нового длиннобазного капотного грузовика 5Э6315, который предполагалось сделать заменой серийной модели КрАЗ-260Г. Он оснащался усиленной системой фильтрации воздуха, тремя откидными лобовыми бронестеклами, расширенными и более грузоподъемными шинами размером 1300x530 – 533 (530/70-21). На испытаниях он буксировал двухосный 6-тонный прицеп-шасси МАЗ-8925, а его вариантом являлось 15-тонное шасси 5Э63151. В 1988 году развитием четвертой модификации седельного тягача 4Э6440 стала модель 5Э6440, оборудованная усиленными системами фильтрации воздуха и охлаждения двигателя. Испытания она проходила в пустынных районах Средней Азии, вблизи от зоны военных действий. Для работы в составе автопоезда 4Э6010 с 1987 года применяли также новый тягач 4Э64401 с активным двухосным полуприцепом КрАЗ-9485.
Главной новинкой третьего поколения стал авиатранспортабельный низкопрофильный 15-тонный бескапотный грузовик 6Э6316 образца 1987 года с 450-сильным дизелем, усиленными лонжеронами рамы и пониженным центром тяжести, построенный в двух экземплярах. Впервые на нем была введена вынесенная на передний свес рамы упрощенная типично армейская кабина пониженного расположения с тремя откидными лобовыми окнами с пуленепробиваемыми стеклами толщиной 12 мм, верхней плоской наклонной частью передка, широкими выштамповками на дверях и набором узких горизонтальных воздухозаборных щелей в облицовке. Машина снабжалась имитационной защитной навеской из алюминиевых 6-мм панелей, которую в дальнейшем предполагалась заменить настоящими стальными бронелистами. Силовой агрегат располагался за кабиной между лонжеронами рамы в пределах базы передней тележки, над ним установили систему забора и очистки воздуха, вертикальное запасное колесо и инструментальный ящик. Далее находилась низкобортная цельнометаллическая грузовая платформа с тентом, под которой помещались топливный бак на 250 л горючего и лебедка. Автомобиль имел снаряженную массу 15 680 кг, средний расход топлива 45 л на 100 км и запас хода – 1000 км, преодолевал броды глубиной 1,1 м и развивал максимальную скорость 85 км/ч. Его габаритные размеры составили 10 005x2720x2890 мм, дорожный просвет – 370 мм. Во время испытаний он работал в сцепе с 10-тонным прицепом-шасси МАЗ-8950, но мог буксировать прицепные системы полной массой до 15 т. Одновременно с ним было собрано 16-тонное бескапотное шасси 6Э63161 с центральной лебедкой, на котором планировалось монтировать тяжелые армейские надстройки и артиллерийское вооружение. Обе машины были приспособлены к доставке транспортными самолетами Ил-76, Ан-22 и Ан-124. В последний раз грузовик 6Э6316, оставшийся в России после испытаний, был представлен в 1992 году на показе новой военной техники в 21 НИИИ, а потом за бесперспективностью переехал в Рязанский музей военной автотехники.